Az Áramlástan Tanszék szélcsatornáinak korábbi és jelenlegi alkalmazásai

Átírás

1 Az Áramlástan Tanszék szélcsatornáinak korábbi és jelenlegi alkalmazásai Mőegyetem Áramlástan Tanszék 2007

2 Motorkerékpárra és motorosra ható áramlási ellenállás erı mérése Kutatók éjszakája 2008 Mőegyetem Áramlástan Tanszék

3 Óriás mőlesiklóra ható áramlási ellenállás erı mérése, Kutatók éjszakája 2009 Berecz Anna Mőegyetem Áramlástan Tanszék

4 Síugróra ható áramlási ellenállás erı mérése Kutatók éjszakája 2009 Szilágyi Ákos Mőegyetem Áramlástan Tanszék

5 A Magyar Bobcsapat kétszemélyes bobjára ható ellenállás erı mérése Kutatók éjszakája 2010 Szilágyi Ákos Mőegyetem Áramlástan Tanszék

6 Concorde modell szárnyán keletkezı örvények szemléltetése Kutatók éjszakája 2010 Szilágyi Ákos Mőegyetem Áramlástan Tanszék

7 JÁRMŐÁRAMLÁSTAN közúti jármővek I. személygépkocsik

8 ÁRAMVONALAS ÉS TOMPA TESTEK Súrlódásmentes esetben Henger F = 0 Gömb F 0

9 ÁRAMVONALAS ÉS TOMPA TESTEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA Áramvonalas testek felületét követik az áramvonalak, a nyomásból származó erı hatása kicsi, az ellenálláserı fıként a τ nyírófeszültségbıl származik, ezért cd viszonylag kicsi. Tompa testekre jellemzı a határréteg leválás, a leválási buborék, amely megváltoztatja a test körüláramlását. Az ellenállást fıként a nyomásból származó erı okozza. Miután p-p0>> τ, a cd nagy.

10 TOMPA TESTEK Leválási buborék R Görbült áramvonalak esetén a nyomás az áramvonalakra merılegesen a görbületi középponttól kifelé nı a leggyorsabban p v2 =ρ R n v = 0,2 v, p áll. A leválási buborékban depresszió van. A depresszió annál nagyobb, minél Schärschicht nagyobb a szög a nyíróréteg érintıje és a zavartalan megfúvási szög között. v Ablöseblase 0.2 V

11 LAMINÁRIS ÉS TURBULENS HATÁRRÉTEG Turbulens határréteg jobban ellenáll a nyomásnövekedésnek és a csúsztatófeszültségnek. lamináris turbulent KISEBB LEVÁLÁSI BUBORÉK F W Lam FW, Turb, > Golflabda felülete

12 HASÁB ALAKÚ TOMPA TEST Az ellenállás erıt a homlokfalon a külsı nyomásnál nagyobb túlnyomás, a hátfalon a külsı nyomásnál kisebb nyomás depresszió és az oldalfalakon a csúsztatófeszültség okozza. Éles élek esetén az ellenállás erı 99%-át a nyomásból származó erı okozza. Lekerekített homlokfal esetén az ellenállás erı kb. 80%-kal csökken, a csúsztatófeszültség részaránya 10% fölé nıhet.

13 A TALAJ KÖZELSÉGÉNEK HATÁSA Talajjal aszimmetrikus nyomáseloszlás, a torlópont lefelé tolódik A hátfali nyomás nem állandó Talaj nélkül, a nyomáseloszlás szimmetrikus, a hátfali nyomás közelítıleg állandó

14 AERODINAMIKA SZEREPE LÉGI ÉS SZÁRAZFÖLDI JÁRMŐVEKNÉL Földi jármővek Légi jármővek Közös: kis ellenállás, összehangolt haladásra merıleges erık és nyomatékok - Formaterv, belsı szerkezetek funkcionalitása, a technológia mindenek elıtt - Jelentıs részben határréteg leválás jellemzı - Talaj hatás - 3D áramlás - Alapvetı szerep, a stílus másodlagos - Nem jellemzı határréteg leválás - Talaj hatás csak off design körülmények között - Részben 2D áramlás

15 ÁRAMLÁSTANNAL ÖSSZEFÜGGİ TERÜLETEK SZEMÉLYAUTÓN Teljesítmény Üzemanyag fogyasztás Komfort Szellızés Főtés Légkondicionálás Szélzaj Stabilitás Iránytartás Oldalszél érzékenység Látási viszonyok Elpiszkolódás Fröccsenés, vízpermet Ablaktörlı elemelkedés Emisszió Max. sebesség Gyorsulás Hőtés Motor Hajtómővek Fékek Légkondicionáló kondenzátora

16 A KÖZÚTI JÁRMŐVEKRE HATÓ ELLENÁLLÁS ÖSSZETEVİI Gördülési ellenállás: F R = ( mg F ) f ( v) L R Haladás dombon: F T = mg sin α α Gyorsulási ellenállás: F dv dt A = m 1 Aerodinamikai ellenállás: ( + ε ) ρ 2 FD = cd v A = 2 i p din (c Fokozat i ε i 0,25 0,15 0,10 0,075 D A)

17 A FEJLİDÉS ÉS AZ ÁRAMLÁSI c D ELLENÁLLÁS C D = F ρ v 2 D 2 A P ρ 3 ae = v Ac D 2

18 ÁRAMLÁSI ELLENÁLLÁS RÉSZARÁNYA A SEBESSÉG FÜGGVÉNYÉBEN

19 A HAJTÁSI TELJESÍTMÉNY FÜGGÉSE AZ ÁRAMLÁSI ELLENÁLLÁSTÓL

20 MENETCIKLUSOK

21 TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS I Forma kölcsönzése más területekrıl Léghajó Torpedó Hajó

22 TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS II Léghajó és repülıgép tervezés eredményeinek alkalmazása: áramvonalazás Járay Pál gondolata alapján épült autók Volvo concept 2006

23 JÁRAI KONSTRUKCIÓK JELLEMZİI

24 TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS III Forma optimalizálás: alig látható, mégis jelentıs hatással jellemezhetı változtatások Volvo 960 C D = 0.36 Volvo S80 C D = 0.28

25 HÁTUL LEVÁLIK A HATÁRRÉTEG Lay USA (1933) Kamm Heck c D =0,37 (1934)

26 JELEN KONCEPCIÓ Napjainkban: ideális alaptestek utáni kutatásokon alapuló jármővek, egyre hasonlóbb geometria Skoda Fabia 2005 Opel Astra 2005

27 A FEJLESZTÉSI KONCEPCIÓK EREDMÉNYEI

28 AZ AUTÓ KÖRÜLI ÁRAMLÁS ELEMEI

29 ÁRAMVONALAK GÖRBÜLETE ÉS A NYOMÁSMEGOSZLÁS p n = ρ v R 2 Görbült áramvonalak esetén a nyomás a görbületi középponttól kifelé haladva nı.

30 HOL VÁRHATÓ HATÁRRÉTEG Leválás ott lehet, ahol a nyomás a fal mentén áramlás irányában nı. LEVÁLÁS? a) 7-9 pontok között a homlokfal felsı vízszintes belépıéle mögött, a motorháztetın b) pontok között motorháztetın a szélvédı elıtt c) a felsı vízszintes belépıél mögött a tetın d) a felsı vízszintes kilépıél mögött a hátsó ablak mögött Ad a) Ad b), d)

31 LÉGELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE Homlokfali túlnyomás csökkentése, hátfali nyomás növelése, karosszéria alsó részére ható erı csökkentése A határréteg leválás a nagy (azaz csökkenthetı) ellenállás erı indikátora. A homlokfalat felülrıl és oldalról körülvevı élek lekerekítése

32 HOMLOKFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE KIS MÓDOSÍTÁSOKKAL Homlokfali spoiler alkalmazása a karosszéria alsó részén keletkezı ellenállás és az elsı tengelyen ható felhajtóerı csökkentésére a) A legnagyobb ellenállás csökkenés a homlokfal vízszintes és függıleges belépı éleinek lekerekítésével érhetı el, b) Kis változások nagy ellenállás csökkenést okozhatnak, c) A homlokfali spoiler különösen akkor hatásos az ellenállásra vonatkozóan, ha lekerekített belépıélekkel kombináljuk.

33 HOMLOKFALI ÉS OLDALFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE

34 HÁTFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE Cél: a hátfali átlagos nyomás növelése Összehúzással csökken a leválási buborék mérete és a depresszió (szög) Hátfali spoiler csökkenti az ellenállást és a hátsó tengelyen a felhajtóerıt. Kis módosításokkal jelentıs ellenállás csökkenés Csomagtartó magasság csökkentése, növelése

35 HÁTFALI ELLENÁLLÁS CSÖKKENTÉSE II.

36 KÜLÖNÖSEN FERDE HÁTFAL ESETÉN HOSSZANTI ÖRVÉNYEK α 30 α 0 hosszanti örvénycsövek keletkezketnek a ferde kilépı, élen megnövelve az ellenállást és a felhajtóerıt. Az ablak nincs a leválási buborékban. Következmények: a) Hátsó leválási buborék összehúzódik, ϕ értéke és a depresszió csökken, b) Ferde kilépı élek hosszanti örvény-párt hoznak létre, ami növeli az ellenállást és a felhajtóerıt, az ablak nem sárosodik, c) A hátsó spoiler, vagy a csomagtartó emelése egyszerre csökkenti az ellenállást és a felhajtóerıt.

37 A KERÉK, A KERÉKSZEKRÉNY, A HŐTİ ÉS A DIFFÚZOR HATÁSA

38 ÁRAMLÁS KERÉKHÁZBAN Kerékház és kerék 30%-kal növeli a légellenállást és 40%-kal a felhajtóerőt PIV korlátozottan használható numerikus szimuláció + validálás 2.5 Exp-Fackrell 2 Exp-Skea 1.5 CFD-'real.' k-eps CFD-k-omeg(SST) Cp [-] fi [ ] Mőegyetem Áramlástan Tanszék

39 KAMION FÉKTÁRCSA HŐTÉSE (BERGISCHE ACHSEN) Mőegyetem Áramlástan Tanszék

40 A TETİRE, AZ OLDALFALRA ÉS A KAROSSZÉRIA ALJÁRA HATÓ ERİ A tetı és az oldalfalakra ható erı csökkenthetı a fali érdesség csökkentésével (kiugró részek, keretek megszüntetése) Karosszéria alsó részén keletkezı ellenállás csökkenthetı az érdesség csökkentésével (lefedés), a kerékszekrény térfogatának csökkentésével és a karosszéria alatti sebesség csökkentésével: kisebb rés, homlokfali spoiler.

41 A FELHAJTÓERİ CSÖKKENTÉSE

42 OLDALSZÉL HATÁSA: INSTABILITÁS cn cd A fordítónyomatékot fıként a szél alatti lekerekített függıleges belépıéleken keletkezı depresszió okozza Csökkentése határréteg leválás szándékos elıidézésével, vagy/és az autó hátsó részén vezérsík alkalmazásával

43 A LEGKISEBB ELLENÁLLÁSTÉNYEZİ

44